JP3964414B2 - Magnetostrictive torque sensor and electric steering device - Google Patents
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Description
この発明は、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサと、これを備えた電動ステアリング装置に関するものである。 The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor that detects torque based on a change in magnetic characteristics caused by magnetostriction, and an electric steering device including the magnetostrictive torque sensor.
非接触式トルクセンサとして、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサが知られている。磁歪式トルクセンサは、車両用ステアリング装置の操舵トルク検出用などに用いられている(特許文献1参照)。
この種の磁歪式トルクセンサには、図6に示すように、磁気異方性を異にする2つの磁歪膜91,92を回転シャフト99に設けるとともに、各磁歪膜91,92に対向してそれぞれ検出コイル93,94を配置して構成されたものがある(特許文献2参照)。この磁歪式トルクセンサ90の原理は、回転シャフト99にトルクが加えられると磁歪膜91,92の透磁率が変化し、これに応じて検出コイル93,94のインダクタンスが変化するので、この変化に基づいてトルクを検出する。
As a non-contact type torque sensor, a magnetostrictive torque sensor that detects torque based on a change in magnetic characteristics caused by magnetostriction is known. The magnetostrictive torque sensor is used for detecting steering torque of a vehicle steering device (see Patent Document 1).
In this type of magnetostrictive torque sensor, as shown in FIG. 6, two
ところで、この種の磁歪式トルクセンサを用いる場合、トルクを検出する際に該トルクセンサの故障検出を行う必要がある。
前述した2つの磁歪膜91,92を備えた磁歪式トルクセンサ90の場合においては、トルクを検出するときには一方の検出コイル93の検出出力(以下、第1検出出力VT1と称す)と他方の検出コイル94の検出出力(以下、第2検出出力VT2と称す)の差に基づいてトルク検出出力VT3を算出し、故障を検出するときには第1検出出力VT1と第2検出出力VT2の和に基づいて故障検出出力VTFを算出し閾値との比較から故障を検出している。
By the way, when this type of magnetostrictive torque sensor is used, it is necessary to detect a failure of the torque sensor when detecting the torque.
In the case of the
図7は(1)式に基づいてトルク検出出力VT3を算出した場合の出力特性図であり、図8は(2)式に基づいて故障検出出力VTFを算出した場合の出力特性図である。なお、(1)式、(2)式において、k、V0,Cは定数である。
VT3=k・(VT1−VT2)+V0 ・・・ (1)式
VTF=|VT1+VT2|−C ・・・ (2)式
VT3 = k · (VT1-VT2) + V0 (1) Formula VTF = | VT1 + VT2 | −C (2)
ところで、一般に、磁歪膜は、温度が高いほど透磁率が増加する温度特性を有している。そのため、前記磁歪式トルクセンサ90においては、温度変化により磁歪膜91,92の透磁率が変化すると、各検出コイル93,94の第1検出出力VT1、第2検出出力VT2も変化することとなる。このときに、温度変化により第1検出出力VT1と第2検出出力VT2が図7において点線で示すように変化した場合には、トルク検出出力VT3は第1検出出力VT1と第2検出出力VT2の差動出力であることから、温度変化による影響を殆ど受けない。したがって、この場合には、温度変化があってもトルク検出出力VT3は正しい値となる。
By the way, in general, the magnetostrictive film has a temperature characteristic in which the magnetic permeability increases as the temperature increases. Therefore, in the
しかしながら、故障検出出力VTFは第1検出出力VT1と第2検出出力VT2の和動出力であることから、温度変化により第1検出出力VT1と第2検出出力VT2が図8において点線で示すように変化すると、故障検出出力VTFも温度変化による影響を受けることとなり、場合によっては図8において破線で示されるように故障検出出力VTFが故障検出Aから外れてしまい、トルクセンサが正常であるにも関わらず故障とみなされてしまう。 However, since the failure detection output VTF is a summed output of the first detection output VT1 and the second detection output VT2, the first detection output VT1 and the second detection output VT2 are indicated by dotted lines in FIG. If the change occurs, the failure detection output VTF is also affected by the temperature change. In some cases, the failure detection output VTF deviates from the failure detection A as shown by the broken line in FIG. 8, and the torque sensor is normal. Regardless, it is considered a failure.
また、前述した磁歪式トルクセンサを車両に搭載して用いた場合であって、例えば、路面に磁石が設置してあったり、あるいは、スタータモータなどのアクチュエータを大電流で起動したときなどに、車室内に磁場変化が発生すると、第1検出出力VT1および第2検出出力VT2が変化する場合がある。このときに、磁場変化により第1検出出力VT1と第2検出出力VT2が図9において点線で示すように変化した場合には、トルク検出出力VT3は第1検出出力VT1と第2検出出力VT2の差動出力であることから、磁場変化による影響を殆ど受けない。したがって、この場合には、磁場変化があってもトルク検出出力VT3は正しい値となる。 In addition, when the above-described magnetostrictive torque sensor is mounted on a vehicle and used, for example, when a magnet is installed on the road surface, or when an actuator such as a starter motor is activated with a large current, When a magnetic field change occurs in the passenger compartment, the first detection output VT1 and the second detection output VT2 may change. At this time, if the first detection output VT1 and the second detection output VT2 change as indicated by the dotted line in FIG. 9 due to the magnetic field change, the torque detection output VT3 is the first detection output VT1 and the second detection output VT2. Since it is a differential output, it is hardly affected by changes in the magnetic field. Therefore, in this case, the torque detection output VT3 has a correct value even if the magnetic field changes.
しかしながら、故障検出出力VTFは第1検出出力VT1と第2検出出力VT2の和動出力であることから、磁場変化により第1検出出力VT1と第2検出出力VT2が図11において点線で示すように変化すると、故障検出出力VTFも磁場変化による影響を受けることとなり、場合によっては図10、図11に示されるように故障検出出力VTFが故障検出閾値Aから外れてしまい、トルクセンサが正常であるにも関わらず故障とみなされてしまう虞がある。
そこで、この発明は、温度変化や磁場変化による影響を受けずに故障検出が可能な磁歪式トルクセンサと、これを備えた信頼性の高い電動ステアリング装置を提供するものである。
However, since the failure detection output VTF is a sum output of the first detection output VT1 and the second detection output VT2, the first detection output VT1 and the second detection output VT2 are indicated by dotted lines in FIG. When the change occurs, the failure detection output VTF is also affected by the change in the magnetic field. In some cases, the failure detection output VTF deviates from the failure detection threshold A as shown in FIGS. 10 and 11, and the torque sensor is normal. Nevertheless, there is a risk of being regarded as a failure.
Accordingly, the present invention provides a magnetostrictive torque sensor capable of detecting a failure without being affected by a temperature change or a magnetic field change, and a highly reliable electric steering apparatus including the magnetostrictive torque sensor.
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、シャフト(例えば、後述する実施例におけるステアリングシャフト1)に設けられた磁気異方性を互いに異にする第1磁歪膜(例えば、後述する実施例における第1磁歪膜31)と第2磁歪膜(例えば、後述する実施例における第2磁歪膜32)の磁気特性の変化に基づいて前記シャフトに入力されるトルクを検出する磁歪式トルクセンサであって、前記第1磁歪膜に対向配置された第1検出コイル(例えば、後述する実施例における第1検出コイル33)および第2検出コイル(例えば、後述する実施例における第2検出コイル34)と、前記第2磁歪膜に対向配置された第3検出コイル(例えば、後述する実施例における第3検出コイル35)および第4検出コイル(例えば、後述する実施例における第4検出コイル36)と、を備え、前記第1検出コイルの出力と前記第2検出コイルの出力との差に対応する第1信号(例えば、後述する実施例における差動電圧VTF1)と、前記第3検出コイルの出力と前記第4検出コイルの出力との差に対応する第2信号(例えば、後述する実施例における差動電圧VTF2)と、を求め、前記第1信号と前記第2信号の和または差に対応する故障検出信号(例えば、後述する実施例における故障検出電圧VTF3)に基づいて自身の故障を検出することを特徴とする磁歪式トルクセンサ(例えば、後述する実施例における磁歪式トルクセンサ30)である。
また、請求項2に係る発明は、シャフト(例えば、後述する実施例におけるステアリングシャフト1)に設けられた磁気異方性を互いに異にする第1磁歪膜(例えば、後述する実施例における第1磁歪膜31)と第2磁歪膜(例えば、後述する実施例における第2磁歪膜32)の磁気特性の変化に基づいて前記シャフトに入力されるトルクを検出する磁歪式トルクセンサであって、前記第1磁歪膜に対向配置された第1検出コイル(例えば、後述する実施例における第1検出コイル33)および第2検出コイル(例えば、後述する実施例における第2検出コイル34)と、前記第2磁歪膜に対向配置された第3検出コイル(例えば、後述する実施例における第3検出コイル35)および第4検出コイル(例えば、後述する実施例における第4検出コイル36)と、を備え、前記第1検出コイルの出力と前記第3検出コイルの出力との差に対応する第3信号(例えば、後述する実施例における差動電圧VT31)と、前記第2検出コイルの出力と前記第4検出コイルの出力との差に対応する第4信号(例えば、後述する実施例における差動電圧VT32)と、を求め、前記第3信号と前記第4信号の差に対応する故障検出信号(例えば、後述する実施例における故障検出電圧VTF4)に基づいて自身の故障を検出することを特徴とする磁歪式トルクセンサ(例えば、後述する実施例における磁歪式トルクセンサ30)である。
このように構成すると、温度変化や磁場変化に起因する磁気特性の変化を相殺することができ、その結果、温度変化や磁場変化の影響を受けずに高精度で故障検出を行うことができる。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is directed to a first magnetostrictive film (for example, described later) having different magnetic anisotropies provided on a shaft (for example, a steering shaft 1 in an embodiment described later). Magnetostrictive torque for detecting torque input to the shaft based on a change in magnetic characteristics of the first magnetostrictive film 31) and the second magnetostrictive film (for example, the second
According to a second aspect of the present invention, there is provided a first magnetostrictive film (for example, a first magnetostrictive film according to an embodiment described later) having different magnetic anisotropies provided to a shaft (for example, a steering shaft 1 according to an embodiment described later). A magnetostrictive torque sensor for detecting torque input to the shaft based on a change in magnetic characteristics of a magnetostrictive film 31) and a second magnetostrictive film (for example, a second
With this configuration, it is possible to cancel changes in magnetic characteristics caused by temperature changes and magnetic field changes, and as a result, failure detection can be performed with high accuracy without being affected by temperature changes and magnetic field changes.
請求項3に係る発明は、操舵トルクを磁歪式トルクセンサによって検出し、検出した操舵トルクに応じて電動機(例えば、後述する実施例における電動機11)を駆動して車両を転舵させる電動ステアリング装置(例えば、後述する実施例における電動パワーステアリング装置100)において、前記磁歪式トルクセンサは請求項1または請求項2に記載の磁歪式トルクセンサ(例えば、後述する実施例における磁歪式トルクセンサ30)であることを特徴とする。
このように構成することにより、電動ステアリング装置の操舵トルクを検出するための磁歪式トルクセンサが、正常であるにもかかわらず温度変化や磁場変化に起因して故障であると誤検出するのを防止することができる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an electric steering device for detecting a steering torque by a magnetostrictive torque sensor and driving an electric motor (for example, an
With this configuration, the magnetostrictive torque sensor for detecting the steering torque of the electric steering device erroneously detects a failure due to a temperature change or a magnetic field change even though it is normal. Can be prevented.
請求項1あるいは請求項2に係る発明によれば、温度変化や磁場変化の影響を受けずに高精度で磁歪式トルクセンサの故障検出を行うことができ、その結果、磁歪式トルクセンサの信頼性が向上する。
請求項3に係る発明によれば、電動ステアリング装置の操舵トルクを検出するための磁歪式トルクセンサが、正常であるにもかかわらず温度変化や磁場変化に起因して故障であると誤検出するのを防止することができ、電動ステアリング装置の信頼性が向上する。
According to the first or second aspect of the present invention, it is possible to detect the failure of the magnetostrictive torque sensor with high accuracy without being affected by the temperature change or the magnetic field change. Improves.
According to the third aspect of the present invention, the magnetostrictive torque sensor for detecting the steering torque of the electric steering device erroneously detects a failure due to a temperature change or a magnetic field change despite being normal. Can be prevented, and the reliability of the electric steering apparatus is improved.
以下、この発明に係る磁歪式トルクセンサとこれを備えた電動ステアリング装置の実施例を図1から図5の図面を参照して説明する。
図1に示すように、車両用電動パワーステアリング装置(電動ステアリング装置)100はハンドル(操舵手段)2に連結されたステアリングシャフト1を備えている。ステアリングシャフト1は、ハンドル2に一体結合されたメインステアリングシャフト3と、ラック&ピニオン機構のピニオン7が設けられたピニオン軸5とが、ユニバーサルジョイント4によって連結されて構成されている。
ピニオン軸5はその下部、中間部、上部を軸受6a,6b,6cによって支持されており、ピニオン7はピニオン軸5の下端部に設けられている。ピニオン7は、車幅方向に往復動し得るラック軸8のラック歯8aに噛合し、ラック軸8の両端には、タイロッド9,9を介して転舵輪としての左右の前輪10,10が連結されている。この構成により、ハンドル2の操舵時に通常のラック&ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪10,10を転舵させて車両の向きを変えることができる。ここで、ラック軸8、ラック8a、タイロッド9,9は転舵機構を構成する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a magnetostrictive torque sensor and an electric steering apparatus having the magnetostrictive torque sensor according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS.
As shown in FIG. 1, a vehicle electric power steering device (electric steering device) 100 includes a steering shaft 1 connected to a handle (steering means) 2. The steering shaft 1 is constituted by connecting a
The lower part, the middle part, and the upper part of the pinion shaft 5 are supported by
また、電動パワーステアリング装置100は、ハンドル2による操舵力を軽減するための補助操舵力を供給する電動機11を備えており、この電動機11の出力軸に設けられたウォームギヤ12が、ピニオン軸5において中間部の軸受6bの下側に設けられたウォームホイールギヤ13に噛合している。
In addition, the electric
また、ピニオン軸5において中間部の軸受6bと上部の軸受6cとの間には、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサ30が配置されている。
磁歪式トルクセンサ30は、ピニオン軸5の外周面に周方向全周に亘って環状に設けられた第1磁歪膜31および第2磁歪膜32と、第1磁歪膜31に対向配置された第1検出コイル33および第2検出コイル34と、第2磁歪膜32に対向配置された第3検出コイル35および第4検出コイル36と、第1、第2、第3、第4検出コイル33,34,35,36にそれぞれ接続された検出回路37,38,39,40を主要構成としている。
第1、第2磁歪膜31,32は、歪みに対して透磁率の変化が大きい素材からなる金属膜であり、例えば、ピニオン軸5の外周にメッキ法で形成したNi−Fe系の合金膜からなる。
In the pinion shaft 5, a
The
The first and second
第1磁歪膜31は、ピニオン軸5の軸線に対して約45度傾斜した方向に磁気異方性を備えるように構成されており、第2磁歪膜32は、第1磁歪膜31の磁気異方性の方向に対して約90度傾斜した方向に磁気異方性を備えるように構成されている。すなわち、2つの磁歪膜31,32の磁気異方性は互いに約90度位相を異にしている。
第1検出コイル33および第2検出コイル34は、第1磁歪膜31の周囲にこれと所定の隙間を有した状態で同軸状に配置されており、ピニオン軸5の軸線方向に互いにずらして配置されている。
第3検出コイル35および第4検出コイル36は、第2磁歪膜32の周囲にこれと所定の隙間を有した状態で同軸状に配置されており、ピニオン軸5の軸線方向に互いにずらして配置されている。
The first
The
The
第1、第2磁歪膜31,32の磁気異方性を前述のように設定したことにより、ピニオン軸5にトルクが作用した状態では、磁歪膜31,32の一方に圧縮力が作用し、他方に引っ張り力が作用するようになり、その結果、一方の磁歪膜の透磁率が増加し、他方の磁歪膜の透磁率が減少する。そして、これに応じて一方の磁歪膜の周囲に配置された2つの検出コイルのインダクタンスが増加し、他方の磁歪膜の周囲に配置された2つの検出コイルのインダクタンスが減少する。
第1、第2、第3、第4検出コイル33,34,35,36は、それぞれ変換回路を備えた検出回路37,38,39,40に接続されており、これら検出回路37〜40において各検出コイル33〜36のインダクタンス変化は電圧変化に変換されて電子制御装置(ECU)50に出力される。
By setting the magnetic anisotropy of the first and second
The first, second, third, and fourth detection coils 33, 34, 35, and 36 are connected to
ECU50は、検出回路37〜40からの出力電圧に基づいて、ピニオン軸5に作用する操舵トルクの検出と、磁歪式トルクセンサ30の故障検出を実行する。以下、この実施例におけるトルク検出電圧VT3と故障検出電圧VTFの算出方法を説明する。
いま、検出回路37の出力電圧をVT11、検出回路38の出力電圧をVT12、検出回路39の出力電圧をVT21、検出回路40の出力電圧をVT22とする。
The
Now, the output voltage of the
トルク検出電圧VT3を算出する場合には、まず、次の(3)式および(4)式により差動電圧VT31,VT32を、または(3)式および(5)式により差動電圧VT31,VT33を算出する。ここで、k11、k12、k21、k22は比例定数、V0は一定数、Tは操舵トルクである。
VT31=VT11−VT21+V0=k11・T−(−k21・T)=(k11+k21)T ・・・ (3)式
VT32=VT12−VT22+V0=k12・T−(−k22・T)=(k12+k22)T ・・・ (4)式
VT33=VT22−VT12+V0=−k22・T−(k12・T)=−(k12+k22)T ・・・ (5)式
つまり、差動電圧VT31は、第1磁歪膜31に対向配置された第1検出コイル33と第2磁歪膜32に対向配置された第3検出コイル35の差動電圧(差動出力)であり、差動電圧VT32と差動電圧VT33は、第1磁歪膜31に対向配置された第2検出コイル34と第2磁歪膜32に対向配置された第4検出コイル36の差動電圧(差動出力)である。
When calculating the torque detection voltage VT3, first, the differential voltages VT31 and VT32 are calculated by the following equations (3) and (4), or the differential voltages VT31 and VT33 are calculated by the equations (3) and (5). Is calculated. Here, k11, k12, k21, and k22 are proportional constants, V0 is a fixed number, and T is steering torque.
VT31 = VT11−VT21 + V0 = k11 · T − (− k21 · T) = (k11 + k21) T (3) Expression VT32 = VT12−VT22 + V0 = k12 · T − (− k22 · T) = (k12 + k22) T (4) Equation VT33 = VT22−VT12 + V0 = −k22 · T− (k12 · T) = − (k12 + k22) T (5) That is, the differential voltage VT31 is opposed to the first
そして、トルク検出電圧VT3は、VT31かVT32のどちらかを使用するので、(3)式においてk11とk21はほぼ等しいので、VT31は、操舵トルクTに対してVT11やVT21より約2倍のゲインとなる。また同様に(4)式においてもk12とk22はほぼ等しいのでVT32は、操舵トルクに対してVT12やVT22より約2倍のゲインとなるので、感度は2倍となる。
また別の方法として、次の(6)式により、差動電圧VT31とVT33の差からトルク検出電圧VT3を算出する。
VT3=VT31−VT33+V0=(k11+k12+k21+k22)T ・・・ (6)式
(6)式より、VT3は、VT11〜VT22より感度を約4倍に向上させることができる効果を有する。
Then, the torque detection voltage VT3, since use either VT31 or VT32, (3) since k11 and k 21 is approximately equal in type, VT31 is about 2 times greater than VT11 and VT 21 with respect to the steering torque T Gain. Similarly, in equation (4), k12 and k22 are substantially equal, so VT32 has a gain approximately twice that of VT12 or VT22 with respect to the steering torque, so the sensitivity is doubled.
As another method, the torque detection voltage VT3 is calculated from the difference between the differential voltages VT31 and VT33 by the following equation (6).
VT3 = VT31-VT33 + V0 = (k11 + k12 + k21 + k22) T ··· (6) from equation (6),
次に、故障検出電圧VTFを算出する場合には、まず、次の(7)式および(8)式により差動電圧VTF1,VTF2を算出する。
VTF1=VT11−VT12 ・・・ (7)式
VTF2=VT21−VT22 ・・・ (8)式
つまり、差動電圧(第1差動信号)VTF1は、第1磁歪膜31に対向配置された第1検出コイル33と第2検出コイル34の差動電圧(差動出力)であり、差動電圧(第2差動信号)VTF2は、第2磁歪膜32に対向配置された第3検出コイル35と第4検出コイル36の差動電圧(差動出力)である。
そして、VTF1とVTF2のうち少なくとも何れか一方が故障検出閾値Aから外れたときには故障と判定する。
また、別の方法として、次の(9)式、または(10)式により、差動電圧VTF1,VTF2の和、または差から故障検出電圧VTF3を算出する。
VTF3=VTF1+VTF2 ・・・ (9)式
VTF3=VTF1−VTF2 ・・・ (10)式
そして、VTF3が故障検出閾値Aから外れたときには故障と判定する。
Next, when calculating the failure detection voltage VTF, first, the differential voltages VTF1 and VTF2 are calculated by the following equations (7) and (8).
VTF1 = VT11−VT12 (7) Formula VTF2 = VT21−VT22 (8) That is, the differential voltage (first differential signal) VTF1 is the first
When at least one of VTF1 and VTF2 deviates from the failure detection threshold A, it is determined that there is a failure.
As another method, the failure detection voltage VTF3 is calculated from the sum or difference of the differential voltages VTF1 and VTF2 by the following equation (9) or equation (10).
VTF3 = VTF1 + VTF2 (9) Expression VTF3 = VTF1-VTF2 (10) And, when VTF3 deviates from the failure detection threshold A, it is determined that there is a failure.
ECU50は、検出されたトルク検出電圧VT31、またはVT32、またはVT33に応じて電動機11の目標電流を設定し、該目標電流によって電動機11を駆動して補助操舵力を発生させ、車両を転舵させる。また、ECU50は、故障検出出力VTF1、またはVTF2、またはVTF3が所定の閾値Aを超えたときに磁歪式トルクセンサ30が故障であると判定する。
The
ところで、第1磁歪膜31と第2磁歪膜32は、温度が高いほど透磁率が増加する温度特性を有しているため、ピニオン軸5に同じトルクが加えられているときであっても、温度変化によって、各検出回路37,38,39,40の出力電圧VT1,VT2,VT3,VT4が変化する。
図2は、第1磁歪膜31の第1、第2検出コイル33,34に対応する検出回路37,38の出力電圧VT11,VT12の出力特性図であり、温度20゜Cのときを実線で、温度80゜Cのときを破線で示している。
図3は、第2磁歪膜32の第3、第4検出コイル35,36に対応する検出回路39,40の出力電圧VT21,VT22の出力特性図であり、温度20゜Cのときを実線で、温度80゜Cのときを破線で示している。
By the way, since the first
FIG. 2 is an output characteristic diagram of the output voltages VT11 and VT12 of the
FIG. 3 is an output characteristic diagram of the output voltages VT21 and VT22 of the
図4は、トルク検出電圧VT31、VT32、VT3の出力特性図であり、出力電圧VT11,VT12と出力電圧VT21,VT22も重ねて示している。この出力特性図からわかるように、出力電圧VT11,VT12,VT21,VT22は温度によって変化するが、出力電圧VT11,VT21の差動電圧VT31、および、出力電圧VT12,VT22の差動電圧VT32は温度にかかわらず同じ値になる。したがって、差動電圧VT31もしくは差動電圧VT32であるトルク検出電圧VT3も、あるいは差動電圧VT31,VT33との差動電圧であるトルク検出電圧VT3も、温度にかかわらず同じ値になる。その結果、この電動パワーステアリング装置100においては、温度変化による磁気特性の変化の影響を受けることなく、ピニオン軸5に作用するトルクを高精度で検出することができる。
FIG. 4 is an output characteristic diagram of the torque detection voltages VT31, VT32, and VT3. The output voltages VT11 and VT12 and the output voltages VT21 and VT22 are also shown in an overlapping manner. As can be seen from this output characteristic diagram, the output voltages VT11, VT12, VT21, and VT22 vary with temperature, but the differential voltage VT31 of the output voltages VT11 and VT21 and the differential voltage VT32 of the output voltages VT12 and VT22 are temperature. It becomes the same value regardless of. Therefore, the torque detection voltage VT3 which is the differential voltage VT31 or the differential voltage VT32, or the torque detection voltage VT3 which is a differential voltage with respect to the differential voltages VT31 and VT33 has the same value regardless of the temperature. As a result, in the electric
また、図2から明らかなように、出力電圧VT11,VT12は温度によって変化するが、これら2つの出力電圧VT11,VT12の差動電圧VTF1は温度にかかわらず同じ値にある。さらに、図3から明らかなように、出力電圧VT21,VT22は温度によって変化するが、これら2つの出力電圧VT21,VT22の差動電圧VTF2は温度にかかわらず同じ値になる。したがって、図5に示すように、これら差動電圧である故障検出電圧VTF1,VTF2も温度にかかわらず同じ値になる。また、差動電圧VTF1とVTF2の和または差から算出した故障検出電圧VTF3も同様に温度にかかわらず同じ値になる。その結果、この電動パワーステアリング装置100においては、温度変化による磁気特性の変化の影響を受けることなく、磁歪式トルクセンサ30の故障検出を高精度で行うことができ、磁歪式トルクセンサ30が正常であるにも関わらず温度変化に起因して故障と判断されるのを防止することができる。
As is clear from FIG. 2, the output voltages VT11 and VT12 vary depending on the temperature, but the differential voltage VTF1 of these two output voltages VT11 and VT12 has the same value regardless of the temperature. Further, as apparent from FIG. 3, the output voltages VT21 and VT22 vary with temperature, but the differential voltage VTF2 of these two output voltages VT21 and VT22 has the same value regardless of the temperature. Therefore, as shown in FIG. 5, the failure detection voltages VTF1 and VTF2 which are these differential voltages have the same value regardless of the temperature. Similarly, the failure detection voltage VTF3 calculated from the sum or difference of the differential voltages VTF1 and VTF2 also has the same value regardless of the temperature. As a result, in this electric
なお、磁場変化による影響を受けて検出回路37〜40の検出電圧VT11,VT12,VT21,VT22が変化した場合も温度変化による場合と同様の作用・効果があり、前述した(3)、または(4)、または(6)式に基づいてトルク検出電圧VT31、またはVT32、またはVT3を算出し、(7)、または(8)、または(9)、または(10)式に基づいて故障検出電圧VTF1、またはVTF2、またはVTF3を算出するので、磁場変化による影響を受けることなく、ピニオン軸5に作用するトルクを高精度で検出することができるとともに、磁歪式トルクセンサ30の故障検出を高精度で行うことができ、磁歪式トルクセンサ30が正常であるにも関わらず磁場変化に起因して故障と判断されるのを防止することができる。
Note that when the detection voltages VT11, VT12, VT21, and VT22 of the
この実施例では、故障検出電圧VTF1を算出する際に、検出電圧VT11,VT12の差(差動)として求め、故障検出電圧VTF2を検出電圧VT21,VT22の差(差動)として求め、さらに故障検出電圧VTF3をこれら差動電圧VTF1,VTF2の和または差から求めたが、これらに代えて、検出電圧VT11,VT12の比(VT11/VT12)、および、検出電圧VT21,VT22の比(VT21/VT22)を求め、これら2つの比の積を故障検出出力とし、この故障検出出力に基づいて磁歪式トルクセンサ30の故障検出を行うことも可能である。
In this embodiment, when calculating the failure detection voltage VTF1, the difference (differential) between the detection voltages VT11 and VT12 is obtained, the failure detection voltage VTF2 is obtained as the difference (differential) between the detection voltages VT21 and VT22, and the failure is further detected. The detection voltage VTF3 is obtained from the sum or difference of these differential voltages VTF1 and VTF2, but instead, the ratio of the detection voltages VT11 and VT12 (VT11 / VT12) and the ratio of the detection voltages VT21 and VT22 (VT21 / VT22) is obtained, and the product of these two ratios is used as a failure detection output, and failure detection of the
また、第1磁歪膜31をピニオン軸5の軸線方向に2分割して、その一方を第1検出コイル33に専用の磁歪膜、他方を第2検出コイル34に専用の磁歪膜とし、第2磁歪膜32をピニオン軸5の軸線方向に2分割して、その一方を第3検出コイル35に専用の磁歪膜、他方を第2検出コイル36に専用の磁歪膜として、4つの磁歪膜で構成することも可能である。
The first
さらに、磁歪式トルクセンサ30の故障検出出力の算出方法としては、前述した(3)式、(4)式で求めた差動電圧VT31,VT32に基づいて、次の(11)式により、VT31とVT32の差から故障検出電圧VTF4を算出し、この故障検出電圧VTF4が所定の閾値Bを超えたときに磁歪式トルクセンサ30が故障であると判定することも可能である。
VTF4=VT31−VT32 ・・・ (11)式
この故障検出電圧VTF4に基づいて故障検出を行った場合も、温度変化や磁場変化による磁気特性の変化の影響を受けることなく、磁歪式トルクセンサ30の故障検出を高精度で行うことができる。
なお、前述したように、差動電圧VT31は、第1磁歪膜31に対向配置された第1検出コイル33と第2磁歪膜32に対向配置された第3検出コイル35の差動電圧であり、差動電圧VT32は、第1磁歪膜31に対向配置された第2検出コイル34と第2磁歪膜32に対向配置された第4検出コイル36の差動電圧である。
Further, as a method of calculating the failure detection output of the
VTF4 = VT31−VT32 (11) Even when failure detection is performed based on this failure detection voltage VTF4, the
As described above, the differential voltage VT31 is a differential voltage between the
〔他の実施例〕
この発明は、前述した実施例の電動パワーステアリング装置への適用に限るものではなく、ステアリング・バイ・ワイヤ・システムの車両用ステアリング装置にも適用可能である。ステアリング・バイ・ワイヤ・システムとは、操舵手段と転舵機構とが機械的に分離されていて、操舵手段に作用する操舵トルクに応じて、転舵機構に設けられたステアリングモータを駆動して車両の転舵輪を転舵させる操舵システムであり、この操舵手段に作用する操舵トルクの検出にこの発明に係る磁歪式トルクセンサを用いることができる。
[Other Examples]
The present invention is not limited to application to the electric power steering apparatus of the above-described embodiment, but can also be applied to a steering apparatus for a vehicle of a steering-by-wire system. In the steering-by-wire system, the steering means and the steering mechanism are mechanically separated, and the steering motor provided in the steering mechanism is driven according to the steering torque acting on the steering means. This is a steering system for turning steered wheels of a vehicle, and the magnetostrictive torque sensor according to the present invention can be used for detection of steering torque acting on the steering means.
5 ピニオン軸(シャフト)
11 電動機
30 磁歪式トルクセンサ
31 第1磁歪膜
32 第2磁歪膜
33 第1検出コイル
34 第2検出コイル
35 第3検出コイル
36 第4検出コイル
100 電動パワーステアリング装置(電動ステアリング装置)
5 Pinion shaft (shaft)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1磁歪膜に対向配置された第1検出コイルおよび第2検出コイルと、前記第2磁歪膜に対向配置された第3検出コイルおよび第4検出コイルと、を備え、
前記第1検出コイルの出力と前記第2検出コイルの出力との差に対応する第1信号と、
前記第3検出コイルの出力と前記第4検出コイルの出力との差に対応する第2信号と、
を求め、前記第1信号と前記第2信号の和または差に対応する故障検出信号に基づいて自身の故障を検出することを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 A magnetostrictive torque sensor that detects torque input to the shaft based on a change in magnetic characteristics of the first and second magnetostrictive films having different magnetic anisotropies provided on the shaft,
A first detection coil and a second detection coil disposed opposite to the first magnetostrictive film, and a third detection coil and a fourth detection coil disposed opposite to the second magnetostrictive film,
A first signal corresponding to the difference between the output of the first detector output and the previous SL second detection coil of the coil,
A second signal corresponding to the difference between the output of the third detection output before Symbol fourth detection coil of the coil,
And detecting its own failure based on a failure detection signal corresponding to the sum or difference of the first signal and the second signal .
前記第1磁歪膜に対向配置された第1検出コイルおよび第2検出コイルと、前記第2磁歪膜に対向配置された第3検出コイルおよび第4検出コイルと、を備え、A first detection coil and a second detection coil disposed opposite to the first magnetostrictive film, and a third detection coil and a fourth detection coil disposed opposite to the second magnetostrictive film,
前記第1検出コイルの出力と前記第3検出コイルの出力との差に対応する第3信号と、A third signal corresponding to the difference between the output of the first detection coil and the output of the third detection coil;
前記第2検出コイルの出力と前記第4検出コイルの出力との差に対応する第4信号と、A fourth signal corresponding to the difference between the output of the second detection coil and the output of the fourth detection coil;
を求め、前記第3信号と前記第4信号の差に対応する故障検出信号に基づいて自身の故障を検出することを特徴とする磁歪式トルクセンサ。And detecting its own failure based on a failure detection signal corresponding to the difference between the third signal and the fourth signal.
前記磁歪式トルクセンサは請求項1または請求項2に記載の磁歪式トルクセンサであることを特徴とする電動ステアリング装置。The electric steering apparatus according to claim 1, wherein the magnetostrictive torque sensor is the magnetostrictive torque sensor according to claim 1.
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